GPRS在遠程測控系統(tǒng)中的應(yīng)用
目前中國移動主推的GPRS通訊方式是一種新興的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),將從根本上解決傳統(tǒng)傳輸方式的弊端,更加貼近專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?p>遠程測控系統(tǒng)中的通訊需求分析
遠程測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸包括各種檢測、監(jiān)視、生產(chǎn)、報警等,行業(yè)涉及到油田、環(huán)保、地震、水利、電力、氣象、燃氣、管道、自來水等各個部分。遠程測控系統(tǒng)數(shù)占有數(shù)據(jù)量小、定時或非定時及實時發(fā)送等特點,一方面需實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳,另一方面亦需下達各種傳輸、控輸、控制指令,即雙向的數(shù)據(jù)、指令傳輸,同時須結(jié)合自己的測控系統(tǒng)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸主要有數(shù)傳電臺、電話撥號、衛(wèi)星通訊等方式來解決;這些傳輸方式存在覆蓋范圍、實時性、投資及運行用度等題目,同時對工控設(shè)備的無人守值守運行存在較大困難。目前中國移動主推的GPRS 通訊方式是一種新興的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),將從根本上解決傳統(tǒng)傳輸方式的弊端,更加貼近專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>
GPRS技術(shù)概述
GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡稱,是在現(xiàn)有GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù),目的是為GSM 用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS 采用與GSM 同樣的無線調(diào)制標準、同樣的頻帶、同樣的TDMA 幀結(jié)構(gòu)。這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似,因此現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)只要增加一些模塊即可提供GPRS 服務(wù)。GPRS 答應(yīng)用戶在分組交換模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù),從而提供了一種高效、低本錢的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。分組交換的基本過程是把數(shù)據(jù)先分成若干個小的數(shù)據(jù)包,可通過不同的路由,以存儲轉(zhuǎn)發(fā)的接力方式傳送到目的端,而組裝成完整的數(shù)據(jù)。分組交換基本上不是實時系統(tǒng),延時也不固定,但可以使不同的數(shù)據(jù)傳輸“共用”傳輸帶寬:有數(shù)據(jù)時占用帶寬,無數(shù)據(jù)時不占用,從而分享資源。在GSM 無線系統(tǒng)中,無線信道資源非常寶貴。如采用電路交換,通訊需要建立端到真?zhèn)€連接,信道只能被一個用戶獨占,在本錢效率上顯然缺乏可行性。而采用分組交換的GPRS 則可靈活運用無線信道,每一個用戶可以有多個無線信道,而同一信道又可以由幾個用戶共享,從而極大地進步了無線資源的利用率。在理論上,GPRS可以將最多8 個時隙組合在一起,給用戶提供高達171.2kb/s 的帶寬。由于GPRS 用戶的數(shù)據(jù)通訊費是以數(shù)據(jù)流量為基礎(chǔ),而不考慮通訊時長,所以GPRS用于IP 業(yè)務(wù)的接進將更為用戶所接受。
GPRS用于無線數(shù)據(jù)接進具有多方面的上風,一是接進范圍廣,可充分利用全國范圍的電信網(wǎng)絡(luò),方便、快速、低本錢地為用戶數(shù)據(jù)終端提供遠程接進網(wǎng)絡(luò)的部署;二是傳輸速率高,數(shù)據(jù)傳輸速度可達57.6kbps,最高可達到171kbps,是常用有線56k Modem 理想速率的兩倍,下一代GPRS 業(yè)務(wù)的速度甚至可以達384kbps,完全可以滿足用戶應(yīng)用需求;三是接進時間短,GPRS 接進等待時間短,可快速建立連接,均勻耗時為兩秒;四是提供實時在線功能,現(xiàn)在用GPRS MODEM上網(wǎng),用戶將始終處于連線和在線狀態(tài),這將使訪問服務(wù)變得非常簡單、快速;五是按流量計費,用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源,用戶可以一直在線,按照用戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)目來收取用度,沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時,用戶即使掛在網(wǎng)上也是不收費的。以上上風使GPRS 非常適用于開展行業(yè)和企業(yè)無線接進應(yīng)用。
GPRS數(shù)據(jù)傳輸方式及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
無線移動通訊網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,特別是GPRS的出現(xiàn)為產(chǎn)業(yè)自動化設(shè)備的通訊提供了新的手段,通過GPRS服務(wù),設(shè)備可采用互聯(lián)網(wǎng)Internet的標準方式與在互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器交換數(shù)據(jù)。GPRS的基礎(chǔ)是以IP包的形式進行數(shù)據(jù)的傳輸,GPRS無線終端接進GPRS 網(wǎng)絡(luò)的方法與普通有線MODEM 類似, 都采用建立PPP(Point-to-Point Protocol) 連接方式。PPP協(xié)議是一種被廣泛采用的串行點對點鏈路上傳輸數(shù)據(jù)報的方法,包括LCP、PAP、IPCP、NCP等。GPRS MODEM通過PPP協(xié)議獲得動態(tài)分配的IP地址。連接建立后,在PPP協(xié)議的基礎(chǔ)上通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,如TCP、UDP等實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)上其它計算機的數(shù)據(jù)通訊。
GPRS傳輸方式:在遠程終端,采集數(shù)據(jù)通過A/D接口送進GSM/GPRS無線通訊控制終端,GSM/GPRS無線通訊控制終端首先將數(shù)據(jù)打包成TCP/IP 數(shù)據(jù)包,再轉(zhuǎn)換成GPRS 數(shù)據(jù)包,通過無線鏈路傳送到無線數(shù)據(jù)交換中心(MDEC)。MDEC再剝離GPRS 數(shù)據(jù)包并通過GGSN網(wǎng)關(guān)將TCP/IP 數(shù)據(jù)包傳送到Internet,再由Internet傳送到通訊控制計算機,通訊控制計算機通過Socket 套接字接受TCP/IP 數(shù)據(jù)包,并把它還原成原始數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)由無線數(shù)傳監(jiān)控中心到遠程終端方向時,情況是類似的。
短信傳輸方式:短信傳輸方式為點到點的傳輸方式,將采集到的數(shù)據(jù)通過短信發(fā)送到控制中心,控制中心通過短信收發(fā)設(shè)備接收短信,并通過計算機串口送進計算機處理。
目前中國移動開通的GPRS 數(shù)據(jù)服務(wù)主要是為手機和計算機用戶提供無線上網(wǎng)功能,針對專業(yè)數(shù)據(jù)的傳輸,必須解決以下幾個題目才能實現(xiàn)測控數(shù)據(jù)的及時、正確、安全地傳輸。
<1>PPP、TCP/IP 協(xié)議在終端設(shè)備上的實現(xiàn)
對于計算機用戶來說,實現(xiàn)撥號接進Internet 是件很輕易的事,由于在PC上有非常成熟的軟件能夠輕松實現(xiàn)PPP 和TCP/IP 協(xié)議。但是對于采用嵌進式設(shè)備的終端,尤其是對單片機來說,由于硬件資源的制約和協(xié)議的復(fù)雜繁瑣,實現(xiàn)起來還是比較困難的。
<2>服務(wù)器的接進方式
由于GPRS 網(wǎng)絡(luò)工作方式是以IP 地址尋址為基礎(chǔ)的,所以服務(wù)器端理論上只需要接進Internet,并具備公網(wǎng)(Internet)分配的IP 地址即可。但是在實際系統(tǒng)應(yīng)用中,假如服務(wù)器是撥號或ADSL 等接進方式,每次接進所獲得的IP 地址不是固定的,而GPRS MODEM 也是動態(tài)地獲得IP 地址,兩個動態(tài)的IP 地址設(shè)備在Internet 上是無法直接通訊的。因此要求服務(wù)用具有靜態(tài)IP 地址或通過其它方式中轉(zhuǎn)。這樣,服務(wù)器的接進方式就受到一定限制。中國移動開通的GPRS 服務(wù)中現(xiàn)階段只提供點對多點的傳輸服務(wù)。點對多點傳輸方式是指多個GPRS 無線終端把數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭粋€固定的數(shù)據(jù)處理中心。GPRS終端與終端間的點對點傳輸理論上可行,但技術(shù)上還有待更好的支持。
<3>移動網(wǎng)和公網(wǎng)(Internet)互聯(lián)
GPRS MODEM 動態(tài)地獲得的IP 地址為移動骨干網(wǎng)內(nèi)地址,無法被公網(wǎng)服務(wù)器直接解析,在未進進連接狀態(tài)時,服務(wù)器是無法與GPRS MODEM 直接通訊的。必須先由GPRS MODEM 主動向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù),進行連接。當連接的路由建立以后,服務(wù)器和終端設(shè)備才可以雙工地進行數(shù)據(jù)傳輸。所以通訊必須是由GPRS MODEM首先發(fā)起連接,這一點在制定測控系統(tǒng)通訊方式時要考慮進往。
<4>終端設(shè)備的身份識
GPRS MODEM 動態(tài)地獲得的IP 地址,對于服務(wù)器來講就無法象普通計算機網(wǎng)絡(luò)那樣靠IP 地址或MAC 地址來判定終端設(shè)備的身份,無法正確地定位終端設(shè)備。另外,從網(wǎng)絡(luò)安全的角度來說,也存在這個題目。所以必須建立一個ID 識別機制。
<5>GPRS MODEM 的長期穩(wěn)定性
測控系統(tǒng)中的終端設(shè)備一般都安裝在野外環(huán)境中,地點偏遠、分散,無人職守,設(shè)備必須能在特殊的環(huán)境下長期、穩(wěn)定地工作。系統(tǒng)必須具有自動撥號、斷線重撥功能,在GPRS 網(wǎng)絡(luò)狀況不穩(wěn)定時,具有自動恢復(fù)通訊能力,保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作,無需人為干預(yù)。另外,在電源抗干擾及散熱等方面也必須進行特殊設(shè)計,才能使終端設(shè)備適應(yīng)惡劣工作環(huán)境。